Vor mehr als einem Jahrzehnt waren die Rucksäcke klein und handlich. Heute tragen sie das Auto. Durch diese Veränderung wurde die Wärmeentwicklung zu einem grundsätzlichen Problem. Wenn Sie die Beschaffung leiten, Module entwerfen oder Packungen auf einer echten Linie herstellen, ist Ihre Checkliste einfach: ΔT halten, ΔP ausführen, SOP treffen. Alles andere - Werkstoffe, Fließwege, Versiegelung, Werkzeuge, PPAP - dient dem Schutz dieser drei Punkte.
Wir beginnen damit, wie sich reale Fahrzeuge von HEV zu PHEV zu EV entwickelt haben, schlüsseln dann die Hardware-Pfade auf - Kühlplatten vs. Kühlrohre - und schließen mit der Frage, wie ein Full-Service-Anbieter wie XD THERMAL die Lücke zwischen Konzept und skalierbarer Produktion überbrückt.
Frühe Hybridsysteme basierten auf verkleinerten Benzinmotoren mit kleinen Batteriepuffern. Die Batterie war hauptsächlich für das Anlassen des Motors, die Drehmomentglättung und das leichte elektrische Kriechen zuständig. Die Wärmeentwicklung war bescheiden; Luftkühlung und passive Strategien reichte in der Regel aus.
● 1997 Toyota Prius (XW10/XW11). Nickel-Metallhydrid (Ni-MH)-Akku mit ca. 1,7-1,8 kWh (273,6 V × 6,5 Ah in den Unterlagen der NHW11-Ära). Die Kühlung erfolgte über Luftkanäle; für den normalen Betrieb war keine Flüssigkeitsplatte erforderlich.
● 1999 Honda Insight (ZE1). Ni-MH-Akku ~0,94 kWh (144 V × 6,5 Ah über 120 "D-Zellen"). Thermische Studien und Teardown-Notizen beschreiben lüfterunterstützte Luft als primäre Strategie.
Beim HEV war die Batterie der Handlanger. Flüssigkühlplatten waren keine technische Notwendigkeit.
Bei Plug-in-Hybriden werden sowohl Energie als auch Leistung erhöht. Das Akkupaket musste eine rein elektrische Reichweite von mehreren Dutzend Kilometern bieten und gleichzeitig Hybridspitzen unterstützen. Wärmestrom und Zyklustiefe stiegen, und die Hersteller angenommene aktive Flüssigkeitskreisläufe um die Zellen in ihrer Komfortzone zu halten und die Lebensdauer des Kalenders/Zyklus zu schützen.
● 2012 Prius Plug-in (PHV, erste Generation). ~4,4 kWh Lithium-Ionen-Packung - eine Größenordnung mehr Energie als bei den frühen HEV-Puffern -, die das System bei anhaltender Last zu aktiven thermischen Lösungen drängt.
● 2013→2022 Mitsubishi Outlander PHEV. Die Akkukapazität stieg von ~12 kWh auf ~13,8 kWh und dann ~20 kWh in der neuesten Generation. Die steigende Energie und die höhere Dauerleistung zwangen die OEMs, die Ziele für die Temperaturgleichmäßigkeit und die Haltbarkeit zu verschärfen, wobei flüssige Lösungen sehr hilfreich sind.
Sobald es auf Reichweite und Dauerleistung ankommt, ist die Flüssigkeit eher die Basis als ein Upgrade.
Vollständig batterieelektrische Plattformen sind der Stresstest für die Thermik: große Reichweite, schnelle DC-Ladung, hohe Dauerleistung, straffe Verpackung und Sicherheitsreserven, die Millionen von Zellstunden überstehen müssen. Sie sind auf ein integriertes Flüssigkühlsystem für EV-Batterien angewiesen, um die Temperaturen sowohl beim Laden als auch beim Entladen im Gleichgewicht zu halten. Ohne flüssige Kühlplatten oder gut konzipierte Kühlrohre gehen Gleichmäßigkeit und Alterung verloren.
● 2012 Tesla Model S. Große (70-90+ kWh) Akkus aus zylindrischen 18650-Zellen mit Flüssigkühlkreisläufen, die durch die Module verlaufen - unerlässlich für Reichweite und wiederholbare Leistung.
● 2017 Tesla Model 3. Umstellung auf 2170 Zellen; Akkukapazitäten im Allgemeinen ~50-82 kWh je nach Variante. Die Plattform bietet ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Kosten und Schnellladegeschwindigkeit durch sorgfältige Kühlmittelführung und Druckabfallbudgetierung.
● 2022 Tesla Model Y (in Texas gebaut, 4680 Structural Pack). Die zylindrischen Zellen mit größerem Durchmesser und das Strukturpaket mit Schaumstoffverguss haben sowohl die mechanischen Belastungspfade als auch die Kühlgeometrie verändert. In der Industrie werden bei Teardowns häufig gleichseitige Ein- und Ausgänge mit U-Turn ("U-Flow") und seitlichen Kühlbändern/-platten zwischen den Zellsäulen hervorgehoben. Dieses Layout wurde zum Maßstab für das Kühlungsdesign der Tesla 4680-Zellen und die Integration der Seitenkühlung.
● 2021 Hyundai IONIQ 5 (E-GMP). 800-V-Architektur für sehr hohe Gleichstrom-Schnellladeraten, die strenge ΔT- und ΔP-Ziele für Platten und Verteiler ermöglichen.
● 2020 BYD Han EV ("Blade" LFP). Lange prismatische "Blade"-Zellen verbessern die volumetrische Auslastung und die Sicherheitsspannen. Die Flüssigkeitskühlung auf Packungsebene ist nach wie vor wichtig, um die Gleichmäßigkeit während des Ladevorgangs und bei anhaltenden Lasten zu gewährleisten.
Für EV ist die Flüssigkühlung von grundlegender Bedeutung. Die einzigen Fragen sind, wie man das Kühlmittel transportiert, wo man die Zellen berührt und wie man es über Jahre hinweg fertigungsfähig und dicht hält.
Mit jedem neuen Fahrzeugmodell haben sich die Formfaktoren der Batteriezellen nicht nur in eine Richtung entwickelt, sondern in zwei parallele Richtungen:
Eine davon ist das anhaltende Wachstum des quadratischen/prismatischen/LFP-Typs (z. B. BYD, VW usw.);
Die andere ist die Umstellung auf größere zylindrische Zellen (46er Serie) (z. B. BMW, das von seinem bisherigen Design auf eine zylindrische 46-mm-Zelle umgestiegen ist; Tesla, das schon immer zylindrische Zellen verwendet hat und auf die 4680er Serie umgestiegen ist).
Da die Oberflächenform die Wärmepfade bestimmt, wird die Wahl des Zellenformats zu einer Wahl der Hardware. Prismatische Oberflächen lassen sich gut mit Plattenkühlung kombinieren, um Gleichmäßigkeit und Steifigkeit zu erreichen; große zylindrische Arrays lassen sich besser mit Kühlrohren/-bändern entlang der Seitenwände verpacken. Ein solches Wärmemanagement für prismatische Zellen bleibt die Grundlage für die meisten EV- und ESS-Designs für den Massenmarkt. Viele OEMs kombinieren sie - Platten und Röhren -, um ein engeres ΔT zu erreichen, ohne das ΔP-Budget zu sprengen.
Ein einzelner Familie der XD THERMAL-Flüssigkeitskühlplatten deckt einen großen Aktionsradius ab und bietet einige klare Versprechen:
Jede Flüssigkeitskühlplatte für Elektrofahrzeuganwendungen muss ein Gleichgewicht zwischen Durchflusseffizienz, Herstellbarkeit und Lebensdauerzuverlässigkeit herstellen. Hier haben sich alle vier Wege in der Automobilindustrie und bei der Energiespeicherung bewährt. Wählen Sie nach Umfang, Steifigkeit, Werkzeugausstattung und Zeitplan.
– Ansatz zur Versiegelung: Verbindungsgeometrie, Oberflächenvorbereitung und Inspektion bestimmen die Dichtheit; Heliumtests ermöglichen vollständige Endkontrollen.
– Kompatibilität der Kühlmittel: Auswahl von Legierungen, Oberflächenbehandlungen und Elastomeren für das angegebene Kühlmittel (z. B. Wasser-Glykol) und den Temperaturbereich.
– Thermischer Widerstand der Schnittstelle: TIM-Typ, -Stärke und -Verdichtung kontrollieren; die Ebenheit der Platten und die Rauheit an der Grenzfläche dominieren die realen Wärmepfade.
– Druckabfallendes Design: Die Höhe/Breite der Kanäle, die Anzahl der Biegungen und die Aufteilung der Abzweigungen werden so abgestimmt, dass ΔP erreicht wird und der Durchfluss ausgeglichen wird.
Der Seitenkontakt ist bei zylindrischen Zellen oft sinnvoller, insbesondere bei größeren Durchmessern. Die Produktpalette umfasst drei Muster: Die unten aufgeführten Optionen und Vorteile spiegeln die Produktpanels wider.
– Die Schnittstelle bringt Ergebnisse: gepresster Kontakt + TIM dominiert den Wärmepfad oft mehr als die Rohrwand.
– Wirtschaft beugen: jede Biegung kostet ΔP; gleichen Sie die Länge der Abzweige aus oder fügen Sie kontrollierte Beschränkungen hinzu, damit die Abzweige den Fluss teilen.
– Leckexposition: Weniger Verbindungen bedeuten in der Regel auch weniger potenzielle Leckagen - ein Grund, warum Konzepte mit mehreren Bändern bei Design-for-Massage-Prüfungen gut abschneiden.
Als Tesla die 4680-Zelle vergrößerte, wuchs der Durchmesser, und das tablose Design verbesserte den Strom- und Wärmefluss innerhalb jeder Zelle. Das strukturelle Paket und der Schaumstoffverguss machten die gesamte Baugruppe viel steifer, aber sie banden auch die Kühlteile, den strukturellen Rahmen, die Vergussmasse und den Bauauftrag zusammen.
In den meisten Teardowns und technischen Gesprächen tauchen immer wieder drei Worte auf - Seitenkühlung, Single-Ended und U-förmige Schleife. Das alles ist nicht mystisch. Ein Single-Ended-Layout erleichtert die Montage und den Anschluss, eine U-Schleife lässt das Kühlmittel aus- und zurückfließen, um Temperaturunterschiede auszugleichen, und die Seitenkühlung nutzt die größere Oberfläche und den kürzeren Wärmeweg der zylindrischen Wand, wodurch ein so genannter Tesla 4680 Kühlplattenbaugruppe in Abrissdiskussionen.
Deshalb ist in vielen Ausschreibungen von "seitlicher Kühlplatte" oder "Kühlplattenbaugruppe" die Rede. Was die Kunden wirklich wollen, ist nicht nur "ein Rohr, durch das Wasser fließt", sondern ein konstruierbares, herstellbares Design die ΔT und ΔP auf engstem Raum innerhalb der Spezifikationen hält. Im Zusammenhang mit der seitlichen Kühlplatte des Tesla gewährleistet dieses Konzept ein stabiles ΔT bei hohen Ladeleistungen.
Oft ist es eine Mischung aus unzureichender Durchfluss am Ende des Kreislaufs und hohe Schnittstellenfestigkeit. Beginnen Sie mit der Umverteilung des Flusses durch die Schaltungstopologie und richten Sie dann die TIM-Dicke, die Kompression und die Oberflächenbeschaffenheit innerhalb eines kontrollierbaren Fensters aus.
Zerlegen Sie das "ideale ΔT" in ein realistische, erreichbare ΔT. Parallele Abzweigungen, gleichwertige Querschnitte, größere Kurvenradien und Strömungsteiler können dazu beitragen, den Spielraum zu verkleinern. Wenn das nicht ausreicht, sollten Sie die Pumpenleistung und Schaltungsdesign gemeinsam und nicht isoliert.
Nein. Es kommt darauf an. Für Seitenkühlung der zylindrischen Zelle oder dichte VerpackungRöhren sind oft die flexiblere Lösung. Behalten Sie einfach ein Auge auf Schnittstellenwiderstand und Montagetoleranzen-sie entscheiden, wie gut die Idee in der Praxis funktioniert.
Es gibt keine einheitliche Regel. Die Zwänge der realen Welt - Struktur, Verguss, Montagereihenfolge und Servicestrategie - sind oft den Entwurf vorantreiben in Richtung Seiten- oder Unterkühlung. Die Technik wählt den Weg, der am besten stabiler und leichter herstellbar für diese Plattform.
Bei hochenergetischen oder schnell aufladbaren Akkus, ja. Flüssigkeitssysteme leiten die Wärme gleichmäßiger ab und halten die Zellen in einem engen Temperaturbereich - etwas, das die Luftkühlung nicht mehr schafft, sobald die Leistungsdichte steigt.
Da Elektromotoren eine enorme elektrische Leistung in ein Drehmoment umwandeln, und die Kupferwicklungen und Rotor schnell heiß werden. Flüssigkeitskühlkanäle in der Nähe des Stators leiten die Wärme effizient ab und halten den Wirkungsgrad des Motors und die Lebensdauer des Magneten stabil.
Er ist früh aufgetaucht.um die ersten modernen Plug-ins in den späten 2000er Jahren. Der Nissan Leaf aus dem Jahr 2010 hatte eine Luftkühlung, aber bis 2012 Teslas Model S war vollständig flüssigkeitsgekühlt und bildete das Vorbild für die meisten Hochenergie-EVs.
Luftkühlung: die in frühen HEVs und kleinen Akkus verwendet wurden.
Flüssigkühlung: die Norm für die heutigen EVs und PHEVs.
Direkte Kühlung mit Kältemittel (RDC): Neuere Systeme lassen das Kältemittel direkt um die Module zirkulieren, um eine schnellere thermische Reaktion zu erreichen.
Die meisten modernen Fahrzeuge kombinieren diese Ansätze - Flüssigkeit für die Batterie und den Motor, Kältemittel für die Vorklimatisierung der Kabine und des Fahrzeugs.
Auf dem Weg von HEV zu EV ging es nicht nur um größere Batterien, sondern auch darum, die Wärme genauso sorgfältig zu managen wie die Leistung. Ob ein Paket auf prismatischen Zellen mit Plattenkühlung oder zylindrischen Zellen mit Seitenkontaktröhren basiert, die eigentliche Kunst liegt in der Balance. ΔT, ΔP, und Herstellbarkeit.
XD Thermal als Hersteller von Batteriekühlplatten spielt in dieser Geschichte eine einfache, aber entscheidende Rolle: die Umsetzung der thermischen Theorie in baubare, testbare und wiederholbare Kühlsysteme, die sowohl in der Produktion als auch auf realen Straßen bestehen. Da Fahrzeuge immer schneller fahren und immer stärker geladen werden, schützt eine gute Kühlung nicht nur die Batterie - sie bestimmt auch, wie weit und wie lange sie laufen kann. Genau darauf konzentrieren sich die Batteriekühlungslösungen von XD Thermal.
Ich arbeite seit über 6 Jahren im Bereich des Wärmemanagements von Batterien und habe viele internationale Projekte betreut. Wenn Sie sich für Produkte oder Dienstleistungen zur Flüssigkeitskühlung von Batterien interessieren, können Sie mir gerne Fragen stellen!
